Принципы проектирования и защитные конструктивные мероприятия для здании, возводимых на подрабатываемых территориях: жесткая и податливая схема здании, ж.б. пояса, связи-распорки между фундаментами, швы скольжения, разрезка здании на блоки

Рис. 58.

Особенности проектирования свайных фундаментов на подрабатываемых территориях: горизонтальное сдвижение грунта, схема сопряжения голов свай с ростверком: жесткое, шарнирное, через шов скольжения

В задании на проектирование свайных фундаментов на подрабатываемых территориях должны содержаться полученные по результатам маркшейдерского расчета данные об ожидаемых максимальных деформациях земной поверхности на участке строительства, в том числе оседание, наклон, относительные горизонтальные деформации растяжения или сжатия, радиус кривизны земной поверхности, высота уступа.

Расчет свайных фундаментов зданий и сооружений, возводимых на подрабатываемых территориях, должен производиться по предельным состояниям на особое сочетание нагрузок, назначаемых с учетом воздействий со стороны деформируемого при подработке основания.

В зависимости от характера сопряжения голов свай с ростверком и взаимодействия фундаментов с грунтом основания в процессе развития в нем горизонтальных деформаций от подработки территории различаются следующие схемы свайных фундаментов:

• а) жесткие — при жесткой заделке голов свай в ростверк путем заанкеривания в нем выпусков арматуры свай или непосредственной заделки в нем головы сваи в соответствии с требованиями, изложенными в п. 7.5;
• б) податливые — при условно-шарнирном сопряжении сваи с ростверком, выполненном путем заделки ее головы в ростверк на 5 — 10 см или сопряжения через шов скольжения.

Расчет свайных фундаментов и их оснований на подрабатываемых территориях должен производиться с учетом:

• а) изменений физико-механических свойств грунтов, вызванных подработкой территории, в соответствии с требованиями п. 10.6;
• б) перераспределения вертикальных нагрузок на отдельные сваи, вызванного наклоном, искривлением и уступообразованием земной поверхности, в соответствии с требованиями п. 10.7;
• в) дополнительных нагрузок в горизонтальной плоскости, вызванных относительными горизонтальными деформациями грунтов основания, в соответствии с требованиями п. 10.8;

Несущую способность по грунту основания F_cr кН (тс), свай всех видов, работающих на сжимающую нагрузку, при подработке территории следует определять по формуле.

F_cr = g_cr—F_d—(38).

где—g_cr — коэффициент условий работы, учитывающий изменение физико-механических свойств грунтов и перераспределение вертикальных нагрузок при подработке территории: для свай-стоек в фундаментах любых зданий и сооружений g_cr = 1; для висячих свай в фундаментах податливых зданий и сооружений (например, одноэтажных каркасных с шарнирными опорами) g_cr = 0,9: для висячих свай в фундаментах жестких зданий и сооружений (например, бескаркасных многоэтажных зданий с жесткими узлами, силосных корпусов) g_cr = 1,1;

F_d — несущая способность сваи, кН (тс), определенная расчетом в соответствии с требованиями разд. 4 или определенная по результатам полевых исследований, испытаний свай динамической и статической нагрузками и зондирования грунта в соответствии с требованиями разд. 5.

Примечание. В случае крутопадающих пластов, кроме того, следует учитывать зависящий от значения относительной горизонтальной деформации e_h, мм/м, дополнительный коэффициент g_cr = 1/(1+100 e_h).

Дополнительные вертикальные нагрузки ± DN на сваи или сваи-оболочки зданий и сооружений с жесткой конструктивной схемой следует определять в зависимости от расчетных значений вертикальных перемещений свай, вызванных наклоном, искривлением, уступообразованием земной поверхности, а также горизонтальными деформациями грунтов основания при условиях:

• а) свайные фундаменты из висячих свай и их основания заменяются в соответствии с п. 6.1 условным фундаментом на естественном основании;
• б) основание условного фундамента принимается линейно деформируемым с постоянными [по длине здания (сооружения) или выделенного в нем отсека] модулем деформации и коэффициентом постели грунта.

Определение дополнительных вертикальных нагрузок производится относительно продольной и поперечной осей здания.

В расчетах свайных фундаментов, возводимых на подрабатываемых территориях, следует учитывать дополнительные усилия, возникающие в сваях вследствие их работы на изгиб под влиянием горизонтальных перемещений грунта основания при подработке территории по отношению к проектному положению свай.

Расчетное горизонтальное перемещение u_sr, мм, грунта при подработке территории следует определять по формуле.

u_sr =—g_f—g_c—e_h—x—(39).

где—g_f—g_c — соответственно коэффициенты надежности по нагрузке и условий работы для относительных горизонтальных деформаций, принимаемые согласно СНиП 2.01.09.-91;

e_h _ ожидаемое значение относительной горизонтальной деформации, определяемое по результатам маркшейдерского расчета, мм/м;

x _ расстояние от оси рассматриваемой сваи до центральной оси здания (сооружения) с ростверком, устраиваемым на всю длину здания (отсека), или до блока жесткости каркасного здания (отсека) с ростверком, устраиваемым под отдельные колонны, м.

Свайные фундаменты зданий и сооружений, возводимых на подрабатываемых территориях, следует проектировать исходя из условий необходимости передачи на ростверк минимальных усилий от свай, возникающих в результате деформации земной поверхности.

Для выполнения этого требования необходимо в проектах предусматривать:

• а) разрезку здания или сооружения на отсеки для уменьшения влияния горизонтальных перемещений грунта основания;
• б) преимущественно висячие сваи для зданий и сооружений с жесткой конструктивной схемой для снижения дополнительно возникающих усилий в вертикальной плоскости от искривления основания;
• в) сваи возможно меньшей жесткости, например призматические, квадратного или прямоугольного поперечного сечения, причем сваи прямоугольного сечения следует располагать меньшей стороной в продольном направлении отсека здания;
• г) преимущественно податливые конструкции сопряжения свай с ростверком, указанные в п. 10.4;
• д) выравнивание зданий с помощью домкратов или других выравнивающих устройств.

При разрезке здания или сооружения на отсеки между ними в ростверке следует предусматривать зазоры (деформационные швы), размеры которых определяются как для нижних конструкций зданий и сооружений в соответствии с требованиями СНиП 2.01.09−91.

Свайные фундаменты следует применять, как правило, на подрабатываемых территориях I — IV групп, в том числе:

• а) с висячими сваями — на территориях I — IV групп для любых видов и конструкций зданий и сооружений;
• б) со сваями-стойками — на территориях III и IV групп для зданий и сооружений, проектируемых с податливой конструктивной схемой здания при искривлении основания, а для IV группы — также и для зданий и сооружений, проектируемых с жесткой конструктивной схемой.

Примечания: 1. Деление подрабатываемых территорий на группы принято согласно СНиП 2.01.09−91.

• 2. Сваи-оболочки, набивные и буровые сваи диаметром более 600 мм и другие виды жестких свай допускается применять, как правило, только в свайных фундаментах с податливой схемой при сопряжении их с ростверком через шов скольжения (см. п. 10.4.).
• 3. Заглубление в грунт свай на подрабатываемых территориях должно быть не менее 4 м, за исключением случаев опирания свай на скальные грунты.

На подрабатываемых территориях Iк — IVк групп с возможным образованием уступов, а также на площадках с геологическими нарушениями применение свайных фундаментов допускается только при наличии специального обоснования.

Конструкция сопряжения свай с ростверком должна назначаться в зависимости от значения ожидаемого горизонтального перемещения грунта основания, причем предельные значения горизонтального перемещения для свай не должны превышать при сопряжении с ростверком (см. п. 10.4), см:

• 2 — жестком;
• 5 — податливом, условно-шарнирном;
• 8 — то же, через шов скольжения.

Примечание. Для снижения значений усилий, возникающих в сваях и ростверке от воздействия горизонтальных перемещений грунта основания, а также для обеспечения пространственной устойчивости свайных фундаментов здания (сооружения) в целом сваи свайного поля в зоне действия небольших перемещений грунта (до 2 см) следует предусматривать с жестким сопряжением, а остальные — с податливым (шарнирным или сопряжением через шов скольжения).

Свайные ростверки должны рассчитываться на внецентренное растяжение и сжатие, а также на кручение при воздействии на них горизонтальных опорных реакций от свай (поперечной силы и изгибающего момента), вызванных боковым давлением деформируемого при подработке грунта основания.

При применении свайных фундаментов с высоким ростверком в бетонных полах или других жестких конструкциях, устраиваемых на поверхности грунта, следует предусматривать зазор по всему периметру свай шириной не менее 8 см на всю толщину жесткой конструкции. Зазор следует заполнять пластичными или упругими материалами, не образующими жесткой опоры для свай при воздействии горизонтальных перемещений грунта основания.

Ученые и специалисты бьются над решением задач по обеспечению целостности конструкций и сведения повреждений к минимуму. В современных конструкциях невозможно повысить сейсмостойкость, только благодаря увеличению величины сечений прочности или веса.

Требуется разработка новых более эффективных методов сейсмозащиты. Подобные решения подразумевают изменение массы и жесткости, демпфирование системы в зависимости от ее перемещений и скоростей.

Сейсмостойкость сооружения обеспечивается как выбором благоприятной в сейсмическом отношении площадки строительства, так и разработкой наиболее рациональных конструктивной и планировочной схем сооружения, специальными конструктивными мероприятиями, повышающими прочность и монолитность несущих конструкций, создающих возможность развития в конструктивных элементах и узлах пластических деформаций, значительно увеличивающих сопротивляемость сооружений действию сейсмических сил.

Сейсмостойкое строительство — это раздел гражданского строительства, который специализируется в области поведения зданий и сооружений под сейсмическим воздействием в виде сотрясений земной поверхности, потери грунтом своей несущей способности, волн цунами.

Сейсмостойкое строительство может рассматривать любой строительный объект как фортификационное сооружение, но предназначенное для обороны от специфического противника — землетрясения. В обоих случаях основной принцип проектирования общий: замедлить или ослабить возможную атаку Главные задачи сейсмостойкого строительства:

• * Понимать, что происходит при взаимодействии строительных объектов с трясущимся основанием.
• * Предвидеть последствия возможных толчков.
• * Проектировать, возводить и поддерживать в надлежащем состоянии сейсмические объекты

Сейсмически прочное сооружение не обязательно должно быть громоздким и дорогим как, например, Пирамида Кукулькана в городе майя Чичен-Ица.

В настоящее время наиболее эффективным и экономически целесообразным инструментом в сейсмостойком строительстве является вибрационный контроль cейсмической нагрузки и, в частности, сейсмическая изоляция, позволяющая возводить сравнительно легкие и недорогие постройки.

Сейсмический анализ Сейсмический анализ или анализ сейсмостойкости является интеллектуальным инструментом в сейсмостойком строительстве, который разбивает эту сложную тему на ряд подразделов для лучшего понимания работы зданий и сооружений под сейсмической нагрузкой.

Анализ сейсмостойкости основывается на принципах динамики сооружений и антисейсмического проектирования. В течение десятилетий, самым распространённым методом анализа сейсмостойкости являлся метод спектров реакции который получил свое развитие в настоящее время.

Микросейсморайонированиеэто исследование сейсмичности территории для проведения строительства объекта. Выполняется карта Микросейсморайонирования.

Скальные грунты всех видов (в том числе вечномерзлые и вечно­мерзлые оттаявшие) невыветрелые и слабо-выветрелые: крупнообло­мочные грунты плотные маловла­жные из магматических пород, содержащие до 30% песчано-глинистого заполнителя: выветрелые и сильновыветрелые скальные и нескальные твердомерзлые (вечномерзлые) грунты при температуре минус 2 °C и ниже при строительстве и эк­сплуатации по принципу I (сохранение грунтов основания в мерзлом состоянии) Скальные грунты выветрелые и сильновыветрелые, в том числе вечномерзлые, кроме отнесенных к I категории; крупнообломочные грунты, за исключением отнесен­ных к I категории; пески гравели­стые, крупные и средней крупно­сти плотные и средней плотности маловлажные и влажные; пески мелкие и пылеватые плотные и средней плотности маловлажные; глинистые грунты с показателем консистенции IL 0,5 при коэффи­циенте пористости е < 0,9 для глин и суглинков и е < 0,7 — для супесей; вечномерзлые нескальные грунты пластичномерзлые или сыпучемер­злые, а также твердо-мерзлые при температуре выше минус 2 °C при строительстве и эксплуатации по принципу I.

Пески рыхлые независимо от вла­жности и крупности: пески граве­листые, крупные и средней круп­ности плотные и средней плотно­сти водонасыщенные; пески мел­кие и пылеватые плотные и сред­ней плотности влажные и водона­сыщенные; глинистые грунты с показателем консистенции IL>0,5; глинистые грунты с показателем консистенции IL0,9 для глин и суглинков и е>0,7-для супесей; вечномерзлые нескальные грунты при строительстве и эксплуатации по принципу II (допускается отта­ивание грунтов основания) Сейсмостойкость сооружения обеспечивается как выбором благоприятной в сейсмическом отношении площадки строительства, так и разработкой наиболее рациональных конструктивной и планировочной схем сооружения, специальными конструктивными мероприятиями, повышающими прочность и монолитность несущих конструкций, создающих возможность развития в конструктивных элементах и узлах пластических деформаций, значительно увеличивающих сопротивляемость сооружений действию сейсмических сил.

Сейсмическое нагружение происходит на поверхностях контакта сооружения с грунтом, либо с соседним сооружением, либо с порождённой землетрясением гравитационной волной цунами. Оно постоянно экзаменует сейсмостойкость сооружения и иногда превышает его возможность выстоять без разрушений.